Стержни легких ферм

Наиболее распространенные типы сечений элементов легких ферм показаны на рис. 8.11.

Рис. 8.11. Типы сечений стержней легких ферм:

а и б - трубчатые; е, г, д, е, ж, к и л - с использованием прокатных уголков; з - двутавровое; и - тавровое

По расходу стали для сжатых стержней ферм наиболее эффективным является тон­костенное трубчатое сечение (рис. 8.11 а). Из всех типов профилей труба обладает наи­более благоприятным для сжатых элементов распределением материала относительно центра тяжести и при равной с другими профилями площади сечения имеет наиболь­ший радиус инерции (i = 0,353d), одинаковый во всех направлениях, что позволяет получить стержень наименьшей гибкости. Применение труб в фермах дает экономию стали до 20-25%.

Большим преимуществом труб является хорошая обтекаемость. Благодаря этому вет­ровое давление на них меньше, что особенно важно для высоких открытых сооружений (башен, мачт, кранов). На трубах мало задерживаются иней и влага, поэтому они более стойки против коррозии, их легко очищать и окрашивать. Все это повышает долгове­чность трубчатых конструкций.

Для предотвращения коррозии внутренних полостей трубчатые элементы следует герметизировать. Однако определенные конструктивные трудности сопряжения трубча­тых элементов и высокая стоимость труб ограничивают их применение.

Прямоугольные гнутозамкнутые сечения (рис. 8.11 б), обладая почти теми же пре­имуществами, что и трубчатые, позволяют упростить узлы сопряжения элементов и в последние годы нашли широкое применение. Вместе с тем нужно отметить, что фермы из гнутозамкнутых профилей с бесфасоночными узлами требуют высокой точности изготовления.

Технологические трудности не позволяют изготавливать гнутые профили толщиной более 10-12 мм, что ограничивает возможности их использования. Кроме того, боль­шие пластические деформации в углах гиба снижают хрупкую прочность стали, поэто­му фермы из гнутых профилей не рекомендуется применять в конструкциях, эксплуатирующихся при низких температурах.

До последнего времени легкие фермы проектировались в основном из стержней с сечениями, составленными из двух уголков (рис. 8.11 в-д). Такие сечения имеют боль­шой диапазон площадей, удобны для конструирования узлов на фасонках и прикрепле­ния примыкающих к фермам конструкций (прогонов, кровельных панелей, связей и т.п.). Существенными недостатками такой конструктивной формы является большое число элементов с различными типоразмерами, значительный расход металла на фасонки и прокладки, высокая трудоемкость изготовления и наличие щели между уголка­ми, затрудняющей окраску и способствующей коррозии. Кроме того, стержни с сече­нием из двух уголков, составленных тавром, неэффективны при работе на сжатие.

При относительно небольших усилиях стержни ферм могут выполняться из одиночных уголков (рис. 8.11 е). Такое сечение проще в изготовлении, особенно при бесфасоночных узлах, поскольку имеет меньше сборочных деталей и не имеет щелей, закрытых для очистки и окраски.

При проектировании ферм из одиночных уголков необходимо учитывать, что они не имеют оси симметрии в плоскости фермы. Для уменьшения асимметрии решетка прикрепляется к поясным уголкам с внутренней стороны. Все же такое решение созда­ет условия для закручивания пояса и требует надежного закрепления пояса связями.

Организация проката широкополочных двутавровых профилей (рис. 8.11 з), а также возможность получения тавров путем разрезки двутавров (рис. 8.11 и)создали условия для проектирования ферм со стержнями из одиночного профиля вместо сечения, со­ставленного из двух уголков. Такая конструктивная форма экономнее по расходу метал­ла и значительно менее трудоемка, поскольку более чем вдвое уменьшилось число сбо­рочных деталей.

Если пояс ферм помимо осевого усилия работает также на изгиб (при внеузловой передаче нагрузки), то рационально сечение из двутавра (рис. 8.12 з)или двух швеллеров.

Весьма часто сечения элементов фермы принимаются из разного вида профилей: пояса из двутавров, решетка из гнутозамкнутых профилей или пояса из тавров, решет­ка из парных или одиночных уголков. Такое комбинированное решение оказывается более рациональным.

В пространственных фермах (башнях, мачтах, стрелах кранов и т.п.), где пояс являет­ся общим для двух ферм, его сечение должно обеспечивать удобное сопряжение элемен­тов в разных плоскостях. Этому требованию лучше всего отвечает трубчатое сечение.

В четырехгранных фермах при небольших усилиях простейшим типом сечения пояса является одиночный уголок или, когда площади одного уголка недостаточно, кресто­вое сечение из двух уголков. При больших усилиях применяются также двутавры.

Сжатые элементы ферм следует проектировать равноустойчивыми в двух взаимно перпендикулярных направлениях. При одинаковых расчетных длинах l_x= l_y (верхний пояс стропильной фермы без фонаря, опорный раскос и стойка и т.п.) этому условию отвечают сечения из трубчатых и квадратных гнутозамкнутых профи­лей, так как для них i_x= i_y, и, следовательно, λ_х = l_x/ i_x = λ_y. = l_y/ i_y.

В фермах из парных уголков близкие радиусы инерции (i_x= i_y) имеют неравнополочные уголки, поставленные большими полками вместе (рис. 8.11 г). Если расчетная длина в плоскости фермы в 2 раза меньше, чем из плоскости (элементы решетки при наличии шпренгеля, верхний пояс фермы на участке под фонарем и т.д.), то рацио­нально сечение из неравнополочных уголков, составленных вместе малыми полками (рис. 8.11 d), так как в этом случае i_y = 2 i_x. Для промежуточных раскосов, для которых l_x= 0,8 l_y, условию равноустойчивости ближе всего отвечает сечение из двух равнополочных уголков.

В каждом конкретном случае выбор типа сечения элементов ферм определяется ус­ловиями работы конструкции (степень агрессивности среды, характер и место прило­жения нагрузок и т.д.), возможностью изготовления, наличием сортамента и, конеч­но, экономическими соображениями.